Forti terremoti attesi e pericolosita associata in Italia:

il quadro che emerge dall’esame congiunto di dati storici e sismotettonici

Gianluca Valensise

Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

Giornata di studio su “La prevenzione del rischio sismico tra sostenibilita e resilienza”

Roma, ENEA - 20 ottobre 2016

Forti terremoti attesi e pericolosita associata in Italia

Database of Individual Sismogenic Sources (DISS 3.2.0 , 2015)

http://diss.rm.ingv.it/diss/

Per poter prevenire il rischio sismico bisogna prima di tutto sapere dove accadranno e che caratteristiche avranno i più forti terremoti attesi, ovvero stimare la pericolosità sismica del territorio nazionale.

La pericolosità sismica da normativa in genere non tiene conto del fattore tempo, ovvero è time independent, mentre per massimizzare l’azione di prevenzione sarebbero utili stime time dependent.

Utilizzando congiuntamente dati geologici e storici stiamo facendo grandi passi avanti nelle stime time-independent: per quelle time-dependent ci vorrà ancora tempo e un ricorso al dato storico ancora più spinto.

Forti terremoti attesi e pericolosita associata in Italia

Perché la vita umana è troppo breve – e la geologia delle “rocce dure” troppo lunga - per catturare tutti i processi evolutivi del pianeta che minacciano il genere umano, come il susseguirsi delle catastrofi naturali.

Geologia & Storia Un legame indissolubile

Perché lo dicono i padri della Geologia: “il Presente è la chiave del Passato” (Charles Lyell), e dunque “il Passato e il Presente sono la chiave del Futuro”.

Perché la Geologia è la narrazione della vita del pianeta così come la Storia è la narrazione della vita di coloro che lo abitano.

Perché in questi ultimi trenta-e-oltre anni (dal terremoto del 1980 in poi) abbiamo tutti capito quanto lo studio della tettonica attiva e della sismogenesi in Italia sia difficile e denso di trabocchetti e ambiguità.

Perché, a riprova di questa affermazione, quasi tutti i

terremoti accaduti dall’inizio del secolo scorso a oggi hanno rappresentato una sorpresa.

Perché (fortunatamente) le velocità di deformazione crostale in Italia sono basse, e quindi il tempo di ricorrenza dei terremoti (non il tempo di ritorno!) è plurisecolare o ultramillenario, dunque più lungo del record storico.

E perché è opportuno usare insieme

“dati storici e sismotettonici?”

Geologia: i pionieri | 1975-1989

Ciaranfi et al. [1983]

Bigi et al. [1989]

Slejko et al. [1987]

Bosi [1975]

Geologia: i pionieri | 1975-1989

Sismologia storica: i pionieri | 1985-1995

Postpischl [1985] Boschi et al. [1995]

23 novembre 1980, ore 19:35: terremoto in Irpinia

Un terremoto inatteso?

Scarpata di faglia del 1980

Un terremoto inatteso?

Un terremoto inatteso?

Un terremoto inatteso?

Il terremoto dell’Irpinia avrebbe dovuto essere generato da una

faglia pendente verso SW, che accompagnava l’estensione del

Tirreno meridionale.

Il terremoto era stato estensionale, ma era stato causato da un

motore geodinamico diverso da quello che era stato immaginato

fino ad allora.

Ci si attendeva che le coltri argillose alloctone che si ritrovano nel

sottosuolo dell’Appennino meridionale impedissero la

propagazione della faglia verso la superficie.

Le rotture osservate in superficie non bordavano i rilievi ma li

tagliavano, ribaltando la topografia.

La faglia responsabile del terremoto non era visibile nei profili di

sismica a riflessione (né sarebbe stata vista dopo).

Un terremoto inatteso?

I grandi terremoti del ‘900

Forti, e tuttavia difficilmente comprensibili

1908, 28 dicembre (Mw 7.1), Messina e Reggio: un terremoto immenso, causato da una

grande faglia estensionale cieca a basso angolo pendente verso est.

1915, 13 gennaio (Mw 7.0), Avezzano: un terremoto localmente catastrofico, causato da

una grande faglia estensionale pendente verso SW con espressione di superficie.

1930, 23 luglio (Mw 6.7), Irpinia: il terremoto di cui nessuno parla, causato da una faglia

orientata quasi E-W, transtensionale, priva di espressione superficiale.

1962, 21 agosto (Mw 6.1), Irpinia: tre forti scosse in sequenza. Causato da una faglia

orientata quasi E-W, forse transtensionale, priva di espressione superficiale.

1968, 15 gennaio (Mw 6.4), Belìce: una sequenza di scosse causate da faglie inverse

orientate circa E-W, prive di espressione superficiale, in una zona “asismica”.

1976, 6 maggio (Mw 6.4), Friuli: una sequenza di forti scosse causate da faglie inverse

orientate circa E-W, prive di espressione superficiale.

1984, 7 maggio (Mw 5.9), Abruzzo-Lazio-Molise: due forti scosse causate da faglie

estensionali appenniniche pendenti verso SW, prive di espressione superficiale.

Il terremoto dell’Irpinia del 1980 fu la dimostrazione

vivente del fatto che le pur buone conoscenze

sulla geologia italiana disponibili fino agli anni ’80

non erano sufficienti a spiegare come si

distribuiscano i grandi terremoti italiani e quale ne sia

il motore, per poterne ricavare un quadro predittivo.

Al contrario, molti aspetti del quadro geodinamico

allora accettato venivano messi in discussione.

Bisognava cambiare radicalmente e

rapidamente il nostro metodo di lavoro

Menardi-Noguera e Rea [2000]

Appennino vs Basin-and-Range

C’è estensione ed estensione

Topografia, estensione e rilascio di momento sismico

Un meccanismo da rivedere e capire

Da sismicità storica

Spartiacque regionale

Quote massime

Da sismicità strumentale

Molte irregolarità (dorsali e bacini)

sono il riflesso di strutture compressive fossili

Bordoni e Valensise [1998]

Scarpata del 1980

Pantosti et al. [1993]

I paleoterremoti in Irpinia: più rari del previsto

“Il Mediterraneo è il posto più complicato al mondo”

“L’Italia è il posto più complicato del Mediterraneo”

“La Sicilia è il posto più complicato d’Italia”

(Bruno Accordi, titolare del corso di Geologia dell’Università degli Studi di Roma,

Anno Accademico 1980-1981)

oppure

Capire la Geologia dai terremoti?

Una necessaria rivoluzione concettuale

Capire i terremoti dalla Geologia?

Una disciplina “bifronte”.

Il terremoto in effetti “accelera” i processi geologici, fornendo

un’istantanea di fenomeni che hanno gestazione millenaria.

Dunque da un lato i terremoti aiutano a capire l’evoluzione

geodinamica e i meccanismi che regolano l’evoluzione della

geologia e del paesaggio alla scala delle strutture geologiche.

Dall’altro lato proprio la conoscenza di questi meccanismi può

consentirci di prevedere le caratteristiche dei terremoti futuri.

Ripartire dai fondamenti

La Sismotettonica

str

ato

sis

mogenetico

Ripartire dai fondamenti

Gli effetti di un terremoto

Ha luogo sempre ma è transiente.

Interessa un’area molto più ampia della faglia.

E’ responsabile della gran parte del danno.

Può innescare effetti secondari

(liquefazione, frane, rotture secondarie).

str

ato

sis

mogenetico

Scuotimento

(ground shaking)

Ripartire dai fondamenti

Gli effetti di un terremoto

Ha luogo sempre ma è transiente.

Interessa un’area molto più ampia della faglia.

E’ responsabile della gran parte del danno.

Può innescare effetti secondari

(liquefazione, frane, rotture secondarie).

Deformazione superficiale

(surface deformation)

Ha luogo sempre ed è permanente.

Interessa un’area ampia (lunghezza faglia x2).

Può produrre danni limitati a infrastrutture.

Può innescare altri effetti geologici

(deviazioni di fiumi, tsunami).

str

ato

sis

mogenetico

Scuotimento

(ground shaking)

Ripartire dai fondamenti

Gli effetti di un terremoto

str

ato

sis

mogenetico

Fagliazione superficiale

(surface rupture)

Ha luogo dove la faglia emerge. E’ permanente.

Interessa un’area limitata(< lunghezza faglia).

Può produrre danni significativi.

Può innescare altri effetti geologici

(sbarramento di fiumi, ristagni di acqua).

Deformazione superficiale

(surface deformation)

Ha luogo sempre ed è permanente.

Interessa un’area ampia (lunghezza faglia x2).

Può produrre danni limitati a infrastrutture.

Può innescare altri effetti geologici

(deviazioni di fiumi, tsunami).

Ha luogo sempre ma è transiente.

Interessa un’area molto più ampia della faglia.

E’ responsabile della gran parte del danno.

Può innescare effetti secondari

(liquefazione, frane, rotture secondarie).

Scuotimento

(ground shaking)

Ripartire dai fondamenti

Gli effetti di un terremoto

Fagliazione superficiale

(surface rupture)

Ha luogo dove la faglia emerge. E’ permanente.

Interessa un’area limitata

(< lunghezza faglia).

Può produrre danni significativi.

Può innescare altri effetti geologici

(sbarramento di fiumi, ristagni di acqua).

Deformazione superficiale

(surface deformation)

Ha luogo sempre ed è permanente.

Interessa un’area ampia (lunghezza faglia x2).

Può produrre danni limitati a infrastrutture.

Può innescare altri effetti geologici

(deviazioni di fiumi, tsunami).

Ha luogo sempre ma è transiente.

Interessa un’area molto più ampia della faglia.

E’ responsabile della gran parte del danno.

Può innescare effetti secondari

(liquefazione, frane, rotture secondarie).

str

ato

sis

mogenetico

Scuotimento

(ground shaking)

Ripartire dai fondamenti

Gli effetti di un terremoto

Viene dato forte impulso alla

Geologia dei Terremoti

ovvero

Una sismologia senza sismografi

L’individuazione delle sorgenti sismogenetiche:

si riparte con un piede diverso

North

Top depth

Bottom depth

Depth

(+

)

Rake

Strike

Dip

Geometria Localizzazione: Lat, Lon, Depth Dimensioni: Length, Width Orientazione: Strike, Dip Comportamento Rake Slip Rate Earthquake Magnitude Activity Rate

Formalizzazione di una sorgente sismogenetica tridimensionale

Pantosti e Valensise [1988]

L’individuazione delle sorgenti sismogenetiche:

si riparte con un piede diverso

L’individuazione delle sorgenti sismogenetiche:

si riparte con un piede diverso

Si riparte dai grandi terremoti storici (pre-strumentali)

come sicura evidenza dell’esistenza di una grande faglia

sismogenetica.

I grandi terremoti dell’Appennino meridionale appaiono

ben organizzati in quello che viene chiamato “modello di

segmentazione”, dove la terminazione di una grande faglia

coincide con l’inizio della successiva.

Alcune grandi faglie mostrano anche una coincidenza

spaziale e geometrica con le principali singolarità

dell’edificio appenninico, suggerendo un forte controllo

sulla sismicita da parte dell’assetto strutturale più antico, e

che alcuni forti terremoti siano “caratteristici”.

Un riesame dei grandi terremoti del XX secolo:

Il terremoto del 28 dicembre 1908 a Reggio e Messina

Valensise e Pantosti [1992]

85 Ky-~1 My strandlines

Landward convex

Seaward

convex

Un riesame dei grandi terremoti del XX secolo:

Il terremoto del 13 gennaio 1915 nella Marsica

Un riesame dei grandi terremoti del XX secolo:

Il terremoto del 30 ottobre 1930 a Senigallia

Vannoli et al. [2003]

Vannoli et al. [2015]

Un riesame dei grandi terremoti del XX secolo:

Il quadro inizia a comporsi

Un metodo per ottenere l’epicentro

(inteso come baricentro dei danni), la

magnitudo e l’orientazione della sorgente

a partire dalla distribuzione delle massime

intensità causate dal terremoto rese

disponibili dai cataloghi “di nuova

generazione”, restituendo una sorgente

confrontabile con quelle ottenute da dati

geologici.

Il metodo funziona in modo soddisfacente

solo a partire da M 5.5. Eventuali

fenomeni di direttività e difformità della

risposta dovute al radiation pattern si

assumono mediate tra i diversi punti

analizzati.

1999 | introduzione del codice Boxer

Nuova vita ai dati di sismologia storica

Gasperini et al. [1999]

Step #1 Step #2

Step #3 Step #4

1999 | introduzione del codice Boxer

Nuova vita ai dati di sismologia storica

Gasperini et al. [1999]

Gasperini et al. [1999]

1999 | introduzione del codice Boxer

Nuova vita ai dati di sismologia storica

La risoluzione offerta da

questo dataset è decisamente

soprendente. Le inevitabili

incertezze sono ben

compensate dal fatto che le

sorgenti ottenute sono

certamente sismogenetiche.

Il loro contributo alle

conoscenze ottenute per via

puramente geologico-

tettonica è dunque

determinante per “riempire

gli spazi”.

1999 | introduzione del codice Boxer

Nuova vita ai dati di sismologia storica

1998-1999 | Il modello acquisisce maturità

I possibili utilizzi dei dati di sismologia storica sono innumerevoli, senza

neppure voler entrare nel campo della valutazione della risposta sismica e

della ricorrenza di effetti di amplificazione, temi che esulano dalla

trattazione odierna.

Sempre rimanendo nel campo della stima della pericolosità sismica

questi utilizzi spaziano dall’esame di dettaglio di sequenze sismiche

storiche, all’analisi statistica delle aree sismogenetiche che risultano “in

ritardo”, all’esame della “efficienza sismica” dei sistemi di faglia attivi.

L’excursus che segue richiama alcune di queste applicazioni.

I dati di sismologia storica

Non di sole “scatole”

Burrato e Valensise [2007]

Il mistero del terremoto del 1857 finalmente svelato?

?

?

Il mistero del terremoto del 1857 finalmente svelato?

Robert Mallet (1810-1881)

da Branno et al. [1983], ridisegnata

da Burrato e Valensise [2007]

Il mistero del terremoto del 1857 finalmente svelato?

Terremoti biblici… o semplicemente complessi?

Il caso del terremoto del 1456 (Mw 7.2)

Posizione originale in CPTI 4.0

Ariano Irpino

Frosolone

Tocco Casauria

Terremoti biblici… o semplicemente complessi?

Il caso del terremoto del 1693 (Mw 7.3)

a b

c d

Probabilità di occorrenza dei forti terremoti (time-dependent)

Rotondi [2010]

La stima dell’efficienza sismica (seismic coupling)

c = (MSMR/MAMR)

Thrust & reverse faulting

Normal faulting

Strike-slip faulting

La stima dell’efficienza sismica (seismic coupling)

c = (MSMR/MAMR)

Thrust & reverse faulting

Normal faulting

Strike-slip faulting

0.25 faglie inverse

0.90 faglie trascorrenti

0.98 faglie normali

> 0.8

0.4 - 0.8

0.0 - 0.4

Coupling factor

Barba & Doglioni [2010]

c = (MSMR/MAMR) Mediato su aree

cinematicamente omogenee

Faglie inverse e thrust

Faglie normali

Faglie trascorrenti

Non determinato

La stima dell’efficienza sismica (seismic coupling)

2001 | Prima release pubblica Database of Individual Sismogenic Sources (DISS 2.0 , 2001)

2015 | Ultima release pubblica Database of Individual Sismogenic Sources (DISS 3.2.0 , 2015)

Attraverso gli anni il Database of Individual Seismogenic

Sources (DISS) si è profondamente trasformato e ampliato.

I dati di sismologia storica sono stati incorporati nelle due

attuali categorie di sorgenti sismogenetiche, le Composite e le

Individuali, contribuendo alla loro definizione.

Il numero complessivo delle sorgenti pubblicate è cresciuto

enormemente, così come i dati accessori.

Attraverso le sorgenti Composite il DISS si propone come un

database “completo”, ovvero adatto a rappresentare la sismicità

del territorio per Mw 5.5 o superiore senza lasciare aree non

coperte.

Il DISS si integra con innumerevoli altre iniziative ed

elaborazioni ed è alla base della normativa antisismica, corrente

e in via di elaborazione

Epilogo

Grazie dell’attenzione